Daina-Isard

Avancem plegats

Cooperativa d'Ensenyament des de 1969

Robòtica i programació

És un projecte pedagògic dissenyat per un grup de docents de l’Escola Daina-Isard, S.C.C.L per apropar el món de la programació i la robòtica a l’alumnat del Cicle Superior d’Educació Primària i d’Educació Secundària Obligatòria.

Objectius del projecte

A més des d’un punt de vista pedagògic, la programació i la robòtica als centres educatius té aspectes molt importants. Els alumnes aprenen descobrint, experimentant ... “learn by doing” i d’una manera motivadora “learn by playing”. S’utilitza la metodologia d’Aprenentatge Basat en Projectes, ABP, per solucionar reptes que tenen un caràcter clarament multidisciplinar (matemàtiques, mecànica, informàtica, ciències, electrònica...). La programació i la robòtica són eines d’alfabetització científico-tecnològica. Fomenten la creativitat, l’emprenedoria, el lideratge i el treball cooperatiu. A més, els alumnes milloren el pensament sistemàtic, lògic, científic, estructurat, el llenguatge d’algorismes.... que els hi serà molt útil per la Societat del Coneixement.

 

 

A continuació es descriuen els aspectes més rellevants i es concreten alguns elements prioritaris del projecte.

Formació del professorat

Per poder dissenyar el projecte d’itinerari curricular de programació va ser molt important la formació prèvia dels mestres i professors responsables del projecte.

Aquesta formació es va realitzar gràcies a la participació en diferents propostes educatives de quatre centres dinamitzadors de la programació i de la robòtica educativa a Catalunya:

Cesire-Aulatec, formació en automatismes, plaques PICAXE, plaques PicoCAT, Lego Wedo, Scratch i Scratch for Arduino.

Institut de Ciències de l’Educació-UPC, formació en programació i robòtica educativa en col·laboració amb el Cesire-Aulatec i l’Equip de Robolot.

Equip de Robolot, formació en plaques PICAXE i organització del Robolot., una competició de robòtica per alumnes que se celebra anualment a Olot. Dins de la competició, també s’organitzen unes jornades d’intercanvi d’experiències didàctiques relacionades amb la programació i la robòtica per a professorat de Tecnologia.

Citilab, formació en plaques ARDUINO i programació en Scratch. Des de l’any 2009 acull la Jornada Catalana de l’Ensenyament de la Programació a Educació Primària i a Educació Secundària.

Disseny de l'itinerari curricular

El projecte d’itinerari curricular de programació al Cicle Superior d’Educació Primària i a Educació Secundària Obligatòria es va iniciar a l’Escola el curs 2011-12 i s’implementarà gradualment fins al curs 2013-14.

El disseny del projecte d’itinerari curricular estableix que els alumnes de 5è i 6è d’Educació Primària treballaran amb el llenguatge de programació Scratch i s’iniciaran en l’Scratch for Arduino, S4A. Quan arribin a 1ESO i 2ESO, ampliaran els seus coneixements de Scratch i de Scratch for Arduino per tal de fer la transició de la programació a la pantalla de l’ordinador amb Scratch cap a la programació de plaques de control electròniques del món físic.

El llenguatge de programació Scratch només permet controlar les entrades de les plaques de control electròniques. Per això, l’aprenentatge de Scratch dels alumnes evoluciona cap al Scratch for Arduino, S4A, que té uns blocs que si permeten controlar sortides digitals, motors i servos.

Al cursos de 3ESO i 4ESO, els alumnes aprofundiran els seus coneixements de Scratch for Arduino per poder implementar autònomament els seus projectes de robòtica, automatizació, domòtica.. amb tecnologies diverses, tipus PICAXE, ARDUINO...

El disseny del projecte contemplava que les primeres accions del projecte es realitzarien de manera paral·lela en tots els cursos implicats. L’ opció de començar només per 5EP i anar pujant cap a l’ESO va quedar descartada. Això suposava un període de transició amb certes duplicitats durant els dos primers anys. D’aquesta manera, en el menor temps possible més alumnat de l’Escola podia entrar en contacte amb la programació i la robòtica. L’itinerari quedarà completament estructurat al curs 2013-2014, quan els alumnes que arribin a 1ESO portaran dos anys amb l’itinerari dissenyat des de 5EP.

Cicle Superior d’Educació Primària.

Assignatura de Programació i robòtica

“Forever: imagine, program and share”

Aquest és el lema que proposa l’apassionant món de la programació amb Scratch. I raons no li falten. Des del primer moment que la nostra Escola aposta per la programació es veu com l’alumnat de Cicle Superior de Primària s’ha revolucionat. I és que la resposta a donar vida a una idea i posar-ho en pràctica d’una manera amena, divertida i molt motivadora mai ha estat tan fàcil. Perfecte! Tots a programar. I ara què?

La nostra Escola recolza els coneixements transversals i Scratch representa una oportunitat única i actual de treballar molts continguts curriculars des d’una altra prespectiva.

En aquest primer curs d’implementació del projecte, tots els alumnes de 5EP i 6EP van realitzar les mateixes activitats per introduir-se en el món de la programació amb Scratch i en el món de la robòtica amb els equips de Lego Mindstorms.

El projecte de programació i de robòtica es va impartir durant una hora a la setmana per a cada grup classe al llarg de tot el curs i amb dos professors a l’aula. La convicció de l’Escola sobre el potencial d’aquesta eina pedagògica tan innovadora és plena.

A les hores de programació i robòtica cada grup d’entre 25 i 27 alumnes es va dividir en parelles. Cada parella va realitzar un treball col·laboratiu. Això ja és una part fonamental de l’aprenentatge per competències. Decidir, dialogar, proposar, discutir, imaginar, fins i tot barallar-se,... i, en especial, “Share”, és a dir, compartir. Les parelles només es podien canviar a meitat d’etapa (un quadrimestre) quan el grup passava de jugar amb Scratch per jugar amb els robots Lego.

“Imagine” (Imagina) i “Program” (Programa). En el desenvolupament de la tasca docent, es va seguir un itinerari que va començar amb la introducció a les eines bàsiques del programa, tot pujant la dificultat de les pràctiques gradualment. Poc a poc, des de l’inici del curs, l’alumnat va anar treballant aspectes curriculars diversos, en especial de l’àrea de les matemàtiques, on programava el dibuix de formes geomètriques (com el diferents tipus de triangles: escalè, equilàter, isòscel·les), els rectangles, pentàgons i hexàgons (treball d’angles i graus) o les línies paral·les, perpendiculars, etc. Posteriorment, els alumnes van realitzar un treball de seqüenciació d’ordres per tal de poder imaginar una idea narrativa i executar-la a nivell d’animació fent ús d’un munt de personatges i escenaris que inclou Scratch, o bé dibuixant els seus propis escenaris i personatges. En aquest procés també es va introduir la possibilitat de programar idees on el mateix programa interacciona amb l’usuari tot responent a preguntes tipus test o qüestionaris i que, evidentment, també vam aprofitar per incloure coneixements d’altres àrees curriculars.

En l’últim tram del curs es va passar a fer projectes per tal de crear els seus propis videojocs. L’alumnat va treballar conceptes més abstractes com les variables, condicionals, coordenades, eixos... i molta competència matemàtica implícita per a controlar números de pantalles, vides d’un personatge, distàncies i temps.

L’utilització d’un estudi amb Chroma Key de pantalla verda va permetre als alumnes convertir-se en els personatges dels seus propis videojocs.

La metodologia principal del curs es va centrar en l’ensenyament de la programació com un conjunt de reptes a superar en equip. Al llarg de cada sessió es van combinar explicacions, exemples pràctics i molts minuts d’experimentació personal. L’alumnat, quan treballava lliurement, podia aixecar-se per veure què feien els altres companys, compartir els arxius que havien creat i jugar als programes que ells feien tan a l’Escola com a casa.

L’alumnat, de manera voluntària, podia compartir els seus projectes a la comunitat de Scratch, fent-los visibles a la resta del món al web oficial: http://scratch.mit.edu. De la mateixa manera també podien agafar idees d’altres projectes que es trobaven a la comunitat Scratch, descarregar-los, modificar-los i aprendre com altres usuaris havien desenvolupat les seves idees.

De cara a l’avaluació, la superació dels reptes va permetre al professorat avaluar el procés que seguia cada parella d’alumnes i durant el temps que dedicaven a treballar lliurament cada parella, els professors podien atendre les necessitats de forma més individualitzada.

Aquesta manera de treballar i compartir implica tot un procés de millora gradual i de retro-alimentació d’idees on l’alumnat experimenta el pas cap a l’autoaprenentatge. Aquest fet també s’accentua pel fet de que Scratch és completament gratuït i des de casa poden seguir practicant, jugant i en definitiva aprenent d’una forma lúdica, i plenament competencial.

Educació Secundària Obligatòria

Assignatura de tecnologia

A l’Educació Secundària Obligatòria, el projecte d’itinerari curricular de programació en Scratch del curs 2011-12 es va implementar en els cursos de 1ESO i 2ESO.

Les activitats explicades en aquest article van ser desenvolupades a la matèria de Tecnologies, durant l’últim trimestre. El treball es va desenvolupar per parelles i amb la metodologia de resolució de reptes.

Com que els alumnes encaren no tenien cap coneixement previ de Scratch es va realitzar una introducció al programari i als conceptes bàsics de programació. L’entorn de programació de Scratch és tant intuïtiu que els alumnes poden començar a programar des del primer moment. Les primeres pràctiques van consistir en narracions de contes populars per poder presentar-los als alumnes d’Educació Infantil de l’Escola, en modificació de videojocs existents per poder augmentar el nombre de jugadors...

Tota aquesta fase d’immersió en Scratch no serà necessària en el futur per l’itinerari previ dels alumnes d’Educació Primària.

El següent pas va ser introduir els conceptes de les plaques de control, dels sensors i dels actuadors. Es va utilizar la tecnologia PicoCAT. Aquesta placa de control permet als alumnes tenir un primer contacte amb el món de la robòtica d’una forma senzilla. És una placa tancada i ja està totalment muntada a nivell de components. Incorpora diferents entrades: un lliscador, un joystick, un sensor de so, un sensor de llum, un sensor de temperatura, un polsador i un connector jack per incorporat un altre sensor extern. A nivell de sortides permet controlar dos motors elèctrics.

Els alumnes simplement s’havien d’instal·lar els drivers de la placa PicoCAT, connectar la placa amb USB i esperar a que l’ordinador la reconegués. En aquell moment, a la pantalla d’Scratch havien de triar per quin port COMM s’estava comunicant i ja podien començar a interaccionar amb la placa.

La primera pràctica que van realitzar els alumnes va ser modificar el programa del videojoc per poder comandar-lo des de la placa PicoCAT enlloc de comandar-lo amb el teclat. Els va agradar moltíssim el fet de comandar el seu propi videojoc amb el joystick, per exemple, mentre que la velocitat la controlaven pel lliscador i segons quin fos el valor del sensor de llum, l’escenari de fons canviava de dia a nit i a l’inrevés.

Per poder controlar les sortides de la placa PicoCAT cal fer servir el programa S4A (Scratch for Arduino), és una variant del mateix programa Scratch però li han afegit uns mòduls que ens permeten controlar les sortides de la placa.

Els alumnes no van tenir cap problema en alternar de programa, ja que també et permet obrir els mateixos fitxers de Scratch i, els va permetre engegar i aturar motors. L’únic que cal tenir en compte és que li has d’indicar a la placa PicoCAT si treballaràs amb Scratch o amb S4A. Si es vol fer servir la PicoCAT amb S4A, cal prémer el botó de RESET (amb l'escuradents) junt amb el POLSADOR i deixar anar primer el RESET i després el POLSADOR. En canvi, si es vol fer servir la PicoCAT amb Scratch, cal prémer el botó de RESET durant un parell de segons amb l'escuradents i deixar-lo anar directament. Per canviar d’un programa a un altre també cal indicar a Scratch que vols tancar el port de comunicació.

La superació dels diferents reptes i la presentació d’un projecte final de programació i robòtica de 1ESO va permetre l’avaluació dels aprenentatges. El projecte final va consistir en crear una animació en S4A que interactués amb els diferents sensors i entrades de la placa PicoCAT al mateix temps que engegava o aturava els motors elèctrics de les maquetes creades per ells mateixos.

Amb els alumnes de 2ESO, es va fer el mateix treball introductori de Scratch i de Scratch for Arduino per controlar les plaques PicoCAT. El nivell d’assimilació dels aprenentatges va ser tant alt que vam poder avançar un mica més. Concretament, es va explicar el funcionament de la Placa Imagina, però enlloc de programar-la amb llenguatge Basic com hauran de fer als cursos posteriors, es va introduir connectant-la i programant-la amb Scratch i S4A. Així doncs, ens vam poder centrar en el funcionament de la placa Imagina de tecnologia PICAXE sense canviar el llenguatge de programació.

La placa Imagina disposa de 8 entrades: 3 analògiques/digitals i 5 digitals:

  • IN0:receptor d’infraroigs (LED020)
  • IN1:sensor de llum (LDR1), final de cursa
  • IN2:polsador lluminós (S2)
  • IN3:sensor digital o analògic (SF)
  • IN4:sensor de línia esq. (SLE)
  • IN5:polsador lluminós(S5)
  • IN6:sensor de línia dret (SLD)
  • IN7:sensor de llum (LDR7), final de cursa

i també té 8 sortides digitals multifuncionals, és a dir, que poden realitzar més d’una funció. Aquestes són:

  • O0:LED (D0), servo0, LED IR
  • O1:LED (D1), servo1
  • O2: LED (D2), servo2
  • O3:LED (D3), servo3, “piezo” (PZ1)
  • O4:LED (D4), servo4, control motor A cc
  • O5:LED (D5), servo5, control motor A cc
  • O6:LED (D6), servo6, control motor B cc
  • O7:LED (D7), servo7, control motor B cc

Totes aquestes entrades i sortides estan operatives si programes la placa amb el Picaxe Programming Editor amb llenguatge de programació Basic. Però quan la connectes a Scratch, només pots interactuar amb les entrades de la placa (2 polsadors, 2 sensors de presència CNY70, sensor de llum i sensor de so entre altres).

D’aquesta manera, els alumnes de 2ESO van poder realitzar pràctiques amb Scratch interactuant amb els sensors de presència (barrera de pàrquing, portes correderes, …) ja que era la gran novetat respecte la placa PicoCAT. La utilització del S4A amb la placa Imagina va permetre als alumnes combinar entrades i sortides. Per exemple, van crear una barrera de pàrquing que s’obria quan arribava un cotxe, un pont llevadís que s’obria quan arribava un vaixell o un robot que movia un braç per saludar quan s’apropava algú. Pel pont llevadís, per exemple, necessitàvem controlar dos servos i, degut a que cada placa Imagina amb S4A pot controlar un servo, vam haver de col·locar dues plaques Imagina a la mateixa animació S4A. Vam comprovar que es poden connectar fins a 8 plaques simultànies amb les corresponents entrades i sortides.

Per connectar la placa Imagina amb Scratch, cal descarregar un firmware i traspassar-lo a la placa Imagina amb el programa Picaxe Programming Editor. En aquell moment, la placa ja es podrà entendre amb Scratch un cop triat el port COMM corresponent. Per connectar la placa Imagina amb S4A cal fer exactament el mateix però amb un altre firmware diferent. L’únic que cal tenir en compte és que en el moment de canviar d’un firmware a un altre cal realitzar un reset en el moment de traspassar firmware. És a dir, just en el moment que es fa clic al botó al Picaxe Programming Editor per traspassar el firmware, cal apagar i engegar ràpidament la placa Imagina. D’aquesta manera es realitza un reset i podrà acceptar el nou firmware. Tots els firmwares i informació relativa al matrimoni de Scratch i S4A amb la placa Imagina ho podeu trobar al següent web:  https://sites.google.com/site/scratchambpicaxe/home

Tot aquest treball permetrà que al llarg d’aquest curs 2012-13, els alumnes de 3ESO puguin aprofundir en l’ús d’Scratch i S4A per controlar millor les plaques de control PiCAXE i per introduir-se en les plaques ARDUINO. D’aquesta manera, el curs 2013-14, s’haurà completat l’itinerari dissenyat.

Matèria optativa 3ESO: First Lego League

Els alumnes de l'assignatura TIC de 2ESO del primer quadrimestre formaran un equip per a participar al campionat provincial de la First Lego League. Per a presentar-se a la competició cal, per una banda, dissenyar i programar un robot a partir de peces de Lego i la tecnologia Mindstorms. I per altra banda, preparar un projecte d'innovació científica que aporti una solució a la població senior. Per a fer aquest projecte s'investigarà com ens afecta el pas dels anys i quines solucions existeixen o s'estan investigant.

Per participar al campionat els alumnes competeixen en 3 disciplines:

  • Robòtica: en la que un robot dissenyat pel grup d’alumnes ha de competir per assolir una sèrie de reptes proposats.
  • Projecte científic: sobre uns solució innovadora.
  • Valors FLL: sobre el treball en equip.

FIRST®, és una fundació internacional, les sigles de la qual provenen de l’acrònim “Fundació per a la Inspiració i el Reconeixement de la Ciència i la Tecnologia. És una organització sense ànim de lucre, que vol transformar la visió actual de la ciència i la tecnologia per part de l’alumnat fent que la ciència, les matemàtiques, l’enginyeria i la tecnologia siguin interessants i divertides a la vegada.

Des de 1998 organitza el campionat que coneixem com a FIRST LEGO League.

Podeu veure més informació del torneig al web: www.firstlegoleague.es

 

Per saber-ne més

     

Els logotips d'Arduino, Scratch, Lego Minstorms i FLL són propietat de les respectives entitats.